This work presents a comprehensive study on single crystalline LaPt2Si2, in which superconductivity and a charge density wave (CDW) coexist. The usage of density functional theory (DFT) modeling and Inelastic Neutron Scattering has been the primary form of investigation, in order to determine all the characteristic features of the sample taken under consideration. From the results one can observe that the Fermi surface nesting is the primary contributor for the CDW wavevector ~qCDW = (1/3, 0, 0). In addition, the phonon density of states present two typical energy levels, with soft modes in the Pt3-Pt4 layer coherent with the presence of a CDW. The superconducting temperature has been estimated at Tc = 1.6 K. The experimental data from the inelastic instrument High Resolution Chopper Spectrometer (HRC) at the J-PARC neutron source are in good agreement with the theoretical simulations, showing the same energy levels for the polarization phonon modes (from 4 to 18 meV and from 32 to 42 meV). / Denna rapport presenterar en omfattande studie av enkristalls LaPt2Si2 i vilken supraledning och en laddningsdensitetsvåg (CDW) samexisterar. Användandet av DFT-modellering och neutronspridning har varit de huvudsakliga undersökningsmetoderna, för att bestämma alla karakteristiska drag hos det undersökta provet. Från resultaten kan observeras att den inneslutna Fermiytan är den huvudsakliga bidragaren till CDW-vågvektorn~qCDW = (1/3, 0, 0). Vidare visar den närvarande fonontillståndsdensiteten två typiska energinivåer, med mjuka lägen i Pt3-Pt4-skiktet, som stämmer överens med närvaron av en CDW. Den supraledande temperaturen har uppskattats till Tc = 1.6 K. Experimentella data från det inelastiska instrumentet HRC vid J-PARCs neutronkälla stämmer väl överens med teoretiska simuleringar, som visar samma energinivåer för polarisationsfononlägena (från 4 till 18 meV och från 32 till 42 meV).

This master’s thesis focuses on investigating the electronic properties of the superconducting spinel compound LiTi2O4 by means of computational and experimental effort. The title compound has been extensively studied in the past years, being the only known superconducting spinel oxide with relatively high Tc = 11.5 K. Even so, the origin of its superconducting mechanism is under debate, and its anomalous superconductivity is still inquired. Thanks to the recently developed ability to produce high-quality epitaxial LiTi2O4 thin films, a renewed research interest in this compound has matured. With this work, we partake in this challenge and present combined experimental and computational results on the electronic band structure of the material. Density functional theory (DFT) has been employed for the first principle electronic structure calculations performed with the Quantum ESPRESSO software. Furthermore, thin-film samples were in-situ realized with the pulsed laser deposition (PLD) method and investigated through the angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) technique conducted at the ULTRA end-station of the SLS synchrotron facility at PSI in Switzerland. Here, we report the computed electronic band structure of LiTi2O4, with a detailed investigation of its density of states and Fermi surface. Further, we compare these calculations with the obtained experimental ARPES data. Emerging from this study are results supporting the non-conventional superconducting nature of LiTi2O4, which presents coexisting correlation effects, such as electron-phonon coupling and enhanced electron-electron interactions. / Denna masteruppsats fokuserar på att undersöka de elektroniska egenskaperna hos det supraledande spinellmaterialet LiTi2O4 med hjälp av datorsimuleringar samt experimentella mätningar. LiTi2O4 har studerats omfattande under de senaste åren, eftersom den är den enda kända supraledande spinelloxiden med relativt hög Tc = 11.5 K. Trots det är ursprunget till dess supraledande mekanism debatterad, och meaknismen för dess okonventionella supraledning är fortfarande inte helt förstådd. Tack vare den nyligen utvecklade förmågan att producera tunna högkvalitativa epitaxiella LiTi2O4 filmer, har ett förnyat forskningsintresse för denna förening mognat. Med detta arbete deltar vi i denna utmaning och presenterar kombinerade experimentella och beräkningsresultat om materialets elektroniska bandstruktur. Densitetsfunktionsteori (DFT) har använts för principiella elektroniska strukturberäkningar utförda med Quantum ESPRESSO-mjukvaran. Vidare realiserades tunnfilmsprover in-situ med pulsed laser deposition (PLD) medoden och undersöktes experimentellt via vinkelupplöst fotoemissionsspektroskopi (ARPES) som utfördes vid ULTRA-ändstationen på SLS synkrotronanläggningen vid PSI i Schweiz. Här rapporterar vi den beräknade elektroniska bandstrukturen för LiTi2O4, med en detaljerad undersökning av dess tillståndstäthet och Fermi-yta. Vidare jämför vi dessa teoretiska beräkningar med de erhållna experimentella ARPES data. Resultat från denna studie stöder den icke-konventionella supraledande naturen hos LiTi2O4, som också uppvisare samexisterande korrelationseffekter, såsom elektron-fononkoppling samt starka elektron-elektron-interaktioner.

Ohmic contacts are crucial components in semiconductor devices such as transistors and diodes, and lowering their contact resistance is an important factor in device performance enhancement. This is especially important for low-noise amplifiers (LNAs) where device noise temperature decreases both directly and indirectly with decreasing contact resistance. This becomes relevant in quantum computers operated at cryogenic temperatures as LNAs constitutes the 4 K quantum bit (qubit) readout signal amplification chain. The goal of this project is to investigated the superconducting element niobium (Nb) as contact material for indium phosphide (InP) high-electron-mobility transistors (HEMTs), being the active component in cryogenic high-frequency LNAs. For contact and barrier resistance determination, test structures were fabricated and utilized according to the transfer length method(TLM) and the recess TLM respectively. Measurements were performed in room temperature as well as in cryogenic temperatures below and above Nb’s bulk transition temperature of 9.25 K. The results show low-resistance Nb-based ohmic contacts for n-In0.65Ga0.35As, with the non-alloyed Nb(50 nm)/Au(100 nm) stack yielding a room temperature contact resistivity of (9.4 ± 0.5) × 10−8 Ωcm2. For all contacts the contact resistivity increased moving to cryogenic temperatures, as expected when electron occupation of high-energy states decreases. At cryogenic temperatures nosuperconducting transition was observed, attributed to the Nb layer thickness being roughly equal to its coherence length. Considering the effective barrier resistance, the Ni/Ge/Au/Nb/Au alloyed contact had the lowest room temperature resistance, reporting 143 Ω µm. In cryogenic temperatures the effective barrier resistance unexpectedly decreased in all contacts. The Nb/Au contact showed the best cryogenic performance, with a barrier resistance of 28 − 37 Ω µm. This indicates great potential for non-alloyed Nb/Au contacts in cryogenic InP HEMTs. / Alla halvledarkomponenter, som dioder och transistorer, har ohmska kontakter. Att sänka kontaktresistansen hos de ohmska kontakterna är ett sätt att höja prestandan hos en komponent. Särskilt gäller detta för lågbrusförstärkare, som har en brustemperatur som minskar både direkt och indirekt med avtagande kontaktresistans. För kvantdatorer som måste kylas till kryogena temperaturer för att fungera är detta relevant eftersom förstärkningen av utläsningssignalen från kvantbitar sker via lågbrusförstärkare vid 4 K. Målet för detta examensprojekt är att undersöka ohmska kontakter baserade på det supraledande materialet niobium (Nb) i indiumfosfidbaserade högelektronmobilitetstransistorer, som är den aktivakomponenten i kryogena högfrekvens-lågbrusförstärkare. För bestämning av kontaktoch barriärresistans producerades teststrukturer enligt Transfer Length-metoden (TLM) respektive etsad TLM. Mätningar genomfördes i rumstemperatur samt vid kryogena temperaturer både över och under niobiumets kritiska temperatur på 9.25 K. Resultatet visar låg kontaktresistans för Nb-baserade ohmska kontakter på n-In0.65Ga0.35As. Den icke-legerade Nb(50 nm)/Au(100 nm)-kontakten hade en kontaktresistivitet på (9.4 ± 0.5) × 10−8 Ωcm2 . Vid kryogena temperaturer ökade kontaktresistansen för samtliga Nb-baserade kontakter, vilket är förväntat då färre elektroner fyller högenergitillstånd. Inget supraledande tillstånd observerades vid kryogena temperaturer, vilket kan förklaras av att tjockleken på niobiumlagret var ungefär lika med dess koherenslängd. Lägst barriärresistans vid rumstemperatur hade den legerade Ni/Ge/Au/Nb/Au-kontakten, med ett värde på 143 Ω µm. Vid kryogena temperaturer skedde en oväntad minskning hos barriärsresistansen hos samtliga kontakter, där den lägst barriärsresistans uppmättes på den icke-legerade Nb/Au-kontakten, 28 − 37 Ω µm. Slutsatsen som dras är att det finns stor potential för användning av icke-legerade Nb/Au-kontakter för kryogena lågbrusförstärkare baserade på indiumfosfid.